由于复杂海洋工程地质条件的普遍性，自升式平台在安装过程中穿刺事故频发。因此，自升式平台桩靴基础贯入阻力的准确预测一直是海洋岩土工程界的研究热点。然而，现有研究大多集中于单层土或双层土中桩靴贯入阻力的预测。针对常见的、穿刺风险极高的含砂层多层土中桩靴贯入阻力的研究仍然缺失。
为此，中国海洋大学山东省海洋环境地质工程重点实验室郑敬宾副教授和王栋教授联合西澳大利亚大学海洋基础系统研究中心Shazzad Hossain高级研究员，通过大变形有限元数值模拟技术对桩靴在含砂层多层土中的贯入进行了模拟，考虑的土层条件包括：三层粘-砂-粘性土和四层粘-砂-粘-强土层。首先通过对现有离心机试验的模拟，证明了所开发的数值模拟技术的合理性、有效性和精确性。随后开展了大量变动参数有限元分析，对工程设计中常见的土层几何条件和强度参数进行了研究。数值模拟结果表明，桩靴在多层土中贯入时的地基破坏模式与现有国际规范推荐设计方法（荷载扩散法和冲剪法）所假定的地基破坏模式有很大的不同。这直接导致了现有规范设计方法严重低估桩靴在多层土中的贯入阻力，对于准确预估桩靴基础的穿刺风险十分不利。
基于数值模拟结果和现有的离心机试验数据，本研究提出了新的设计方法。所提出的新方法考虑了贯入过程中桩靴底部累积形成的土塞，以及底层强土对第二层（砂）土中桩靴峰值承载力的贡献。研究采用现有规范推荐方法与所提出的新方法对离心机试验和数值模拟中的桩靴贯入阻力进行了预测。两种方法预测值与实测值之间的比较表明，所提出的新方法的预测精度相比于现有规范推荐方法有了很大的提高。
以上研究成果近期发表在岩土工程国际顶级期刊Géotechnique：
Zheng, J., Hossain, M. S. & Wang, D. (2017). Numerical investigation of spudcan penetration in multi-layer deposits with an interbedded sand layer. Géotechnique67, No. 12, 1050-1066.
图1. 规范方法与新方法对砂层中峰值阻力预测精度的比较